霍尼韦尔DCS系统和西门子PLC系统之间的通信

发布时间：2016-03-22 www.cechina.cn

　　1 前言
　　近几年来，PLC 因其可靠性高、编程简单、抗干扰强等优点在工业控制领域得到了广泛应用。但PLC 在人机交互性能方面较弱，而工业控制计算机具有良好的人机界面及控制决策能力，因此，将二者结合起来可有效实现整个生产过程的综合控制。
　　为了在DCS和PLC之间实现双向数据传输，完成逻辑联锁控制，那么解决DCS和PLC之间的数据通信成为系统成败的重要因素。
　　2 通信协议
　　2.1 TPS系统协议
　　TPS系统支持两种技术协议，一种是Modicon公司的Modbus 协议，一种是Allen-Bradley（以下简称A-B）协议.使用A-B协议时设备端需配置支持AB公司全双工DF1协议接口。Modicon公司的Modbus协议可以在不同网络之间通信，支持的网路包括Modbus，Modbus+工业以太网，以及标准网路：WAP和以太网。网络间通过设备的内置端口或网络适配器等来相互访问。基于Modbus协议的各设备采用主从技术通信。网路中某一台机器作为主机发请求，其他及其机器作为从机做出应答，主机可以寻址个独立从机，也可以向所有从机广播，被寻址的从机向主机返回
　　消息，Modbus协议建立了主机发出查询请求的格式：包括从机地址，功能码，数据，校验；从机响应消息的格式为从机地址，功能码，数据，校验；如果发生错误；从机将返回一条出错消息。一般来说。通讯数量少且要以文本为主的通讯采用Modbus ASCII规约，通讯数量大且是二进制数值时则采用Modbus RTU模式通讯。消息中的每个字节包含两个十六进制数，本系统中Tps系统采用的是Modbus RTU规约，一条Modbus 网络中可以容纳16个节点，但只允许在一个主设备即DCS控制器.
　　2.2 Modbus 通信传输
　　有两种传输方式：一种是ASCⅡ模式：当控制器设为在Modbus网络上以ASCII美国标准信息交换代码）模式通信，在消息中的每个8Bit字节都作为两个ASCII字符发送。这种方式的主要优点是字符发送的时间间隔可达到1秒而不产生错误.
　　另一种是RTU模式:当控制器设为在Modbus网络上以RTU（远程终端单元）模式通信，在消息中的每个8Bit字节包含两个4Bit的十六进制字符。这种方式的主要优点是：在同样的波特率下，可比ASCII方式传送更多的数据。
　　2.3 TPS系统SI FTA
　　TPS系统SI卡的FTA有两种，Moudbus SI FTA的串行接口支持Moudbus的RTU协议，使用的通信
　　方式是ELA-232D或者EIA-422．485D，同时也支持PLC的多分支网络结构。SI与子系统进行直接的数据通讯，子系统的数据可被采集到APM和HPM中，这些数据可以直接用于数据采集或者用于控制策略中。
　　2.4 通信接口
　　标准的Modbus口是使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验。控制器能直接或经由Modem组网。TPS系统和西门子PLC系统都有开放的硬件接口和通信协议，具有良好的兼容性。TPS系统提供SI串行接口卡，带有1个RS一232接口和1个RS一485／422接口，现采用RS一485口。该串行口可接l5台子系统，通信距离可达1200m。西门子PLC系统提供通信卡CP341一RS422／485，可进行串行口数据的收发。
　　3 硬件方案的实施
　　3.1系统网络构建
　　由于在我公司使用的DCS系统中，以TPS的系统居多，在PLC方面以S7-300为例，所以本系统设计结构：2台GUS操作站互为备用；1台NIM负责GUS和过程控制器HPM通信；1台HM为历史模件。过程控制级由1套HPM及几套PLC组成。1个PLC主要负责1个包单元，HPM负责其它所有模拟数字点的检测和控制。TPS系统和西门子PLC系统由SI卡连接，通过RS一485口进行数据的发送和接收，这样主控就能更加准确的了解装置的运行情况，尤其是对包单元设备的了解。并能进行远程控制.在此由4个包单元，4个PLC为例，TPS系统安装在控制室，PLC系统则安装在现场. 如图1所示：

　　3.2 通信模件的连接
　　TPS SI(串行接口)模件和西门子PLC CP341一RS422／485(Modbus接口)模件之间的连接，如图2所示：

　　4 软件的实施和寻址
　　在TPS系统中，是通过ARRAY点来建立与外部
　　PLC通信和进行数据存取。
　　建立通信的主要参数如下：
　　SI FTA NUMBER：现场PLC串行接口的FTA号
　　(1，2)：
　　SERIAL LINKDEVICE ADDRESS：现场PLC系
　　统的硬件地址；
　　START INDEX：根据Modbus设备的线圈地址所
　　决定的ARRAY点读写数据的第一个点的地址；
　　AUXDATA参数决定Modbus接口的一些特性；
　　AUXDATA1：保持地址(00001～09999)在激活状态；
　　AUXDATA2：信息反应时间(0．25～0．5s)，可以保持其默认值；
　　AUXDATA3：通信方式(RS一232／RS一485)；
　　AUXDATA4：波特路率及奇偶校验。
　　S7-300的Modbus协议中寄存器地址被分配成不同的窗口，每个窗口可分配若干个点，具体分配由PLC编程决定，系统有专用的通讯模块，如有可读写模块FCO1、FC05、FC15，还有只读模块FC02等。这样就可以通过TPS中的START IN—DEX和PLC编程方提供的地址，将两者联系起来，建立良好的通信。按照上面分析对TPS进行相应的设置，则该系统中的TPS系统就可以和四个包单元的PLC进行通信的，对于PLC系统的开关同样可作出相应的设置：系统断电，重新启动，TPS系统的ARRAY点可与PLC中的相应地址进行读写操作.
　　5 结束语
　　采用以上方法，解决了TPS系统与西门子PLC的通信问题，并构建了一个系统网络.在此过程中要确保PLC和DCS的通讯速率一致，要保证通讯地址的有效性,确保硬件、软件可靠和稳定.这种DCS加PLC系统的控制结构为用户提供了一种经济可行的模式，既节约了资金又得到较好的控制效果。目前DCS应用相当广泛，但在一些场合，比如开关量较多、安全可靠性要求不是很高、信号比较集中等场合，DCS并不是最佳选择，这时候也可以考虑PLC和DCS相结合的方法.